JPH04353252A - ラムロケット用ガスジェネレータのガス流量制御装置 - Google Patents

ラムロケット用ガスジェネレータのガス流量制御装置

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JPH04353252A
JPH04353252A JP12935291A JP12935291A JPH04353252A JP H04353252 A JPH04353252 A JP H04353252A JP 12935291 A JP12935291 A JP 12935291A JP 12935291 A JP12935291 A JP 12935291A JP H04353252 A JPH04353252 A JP H04353252A
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gas
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gas flow
injection nozzle
generator
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Naminosuke Kubota
久保田浪之介
Yukio Miyata
宮 田 行 生
Yasushi Watabe
渡 部  靖
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Japan Steel Works Ltd
Nissan Motor Co Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Japan Steel Works Ltd
Nissan Motor Co Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、可燃性ガスと導入し
た外気とを混合して燃焼させるラムロケットにおいて、
前記可燃性ガスの供給源であるガスジェネレータに用い
られるガス流量制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ラムロケットは、例えば、昭和58年4
月に丸善が発行した「日本航空宇宙学会編・航空宇宙工
学便覧・増補版」の第655頁第10・4・3に記載さ
れている。
【0003】すなわち、ラムロケットは、頭部側からガ
スジェネレータおよび燃焼室を備えると共に、側部には
、頭部側に開口しかつ前記燃焼室に連通するディフュー
ザを備えている。前記ガスジェネレータには、燃料過剰
の組成を有する固体のサステーナ推進薬が装填してあり
、燃焼室には、固体のブースタ推進薬が装填してある。
【0004】上記ラムロケットは、ブースタ推進薬への
点火によって発進し、ブースト飛翔の終了とともに所定
の速度に達したところでサステーナ推進薬に点火し、前
記サステーナ推進薬の燃焼で生じた可燃性ガスと、ディ
フューザから導入した外気とを混合して燃焼室で連続的
に燃焼させることによって飛翔し続ける。
【0005】ここで、上記したようなラムロケットには
、図3に示すように、ガスジェネレータ100の噴射ノ
ズル101にガス流量制御装置を設け、ガスジェネレー
タ100の内圧や導入した空気圧の変化等に応じて可燃
性ガスの流量を調整し、燃焼およびこれに伴う推力の安
定化を図るようにしたものがある。
【0006】前記ガスジェネレータ100は、内部にサ
ステーナ推進薬102が装填してあって、前記噴射ノズ
ル101を介して燃焼室103に連通している。前記噴
射ノズル101は、コンバージェント部101aに連続
したスロート部101bを有するものであって、前記コ
ンバージェント部101aには、その直径方向に貫通す
る駆動軸104と、ピントル105を噴射ノズル101
の軸線方向へ移動可能に保持するホルダとが設けてある
。
【0007】前記駆動軸104は、一端部に、噴射ノズ
ルの外部に設けたサーボモータ107の減速機構108
が連結してあるとともに、噴射ノズルの壁部との間にシ
ール材109が介装してある。前記ピントル105は、
円錐状の先端部をスロート部101bに延出させるとと
もに、基部には、前記駆動軸104に偏心位置を固着し
た球状カム110が係合している。
【0008】上記のガス流量制御装置は、サーボモータ
107で駆動軸104をその軸まわりに回動させるのに
伴って、球状カム110を介してピントル105を噴射
ノズル101の軸線方向ヘ移動させることにより、スロ
ート部101bの開口面積を変化させて可燃性ガスの流
量を調整する。
【0009】なお、上記したようなガス流量制御装置は
、例えば、AGARD Lecture  Series  No.136「R
AMJET  AND RAMROCKET  PROPULSION」(NA
TO  1984年10月発行)のページ7−26,2
7に開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガス流量制御装置にあっては、サステーナ推進薬1
02の燃焼速度〜燃焼圧力特性、および燃焼圧力〜燃焼
面積/ノズルスロート面積の関係から予め設定された位
置司令信号により、スロート部101bの開口面積を変
化させるべくピントル105の位置を制御しているだけ
であるため、前記サステーナ推進薬102の特性のばら
つきや温度感度等によって制御誤差が生じるという不具
合があり、ガス流量制御の精度向上を図るうえでの課題
があった。
【0011】
【発明の目的】この発明は、上記したような従来の課題
を解決するためになされたもので、実際のガス流量をフ
ィードバックすることにより、ガス流量制御の精度を高
めることができるラムロケット用ガスジェネレータのガ
ス流量制御装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明によるラムロケ
ット用ガスジェネレータのガス流量制御装置は、ガスジ
ェネレータの噴射ノズルから噴射した可燃性ガスとディ
フューザから導入した外気とを混合して燃焼させるに際
して、前記噴射ノズルのガス流量を調整する装置におい
て、予め設定されたガス流量の目標値を出力するジェネ
レータ基本制御手段と、噴射ノズルのスロート面積を変
化させてガス流量を調整する流量調整手段と、ガスジェ
ネレータの内圧を検出する圧力センサと、ガスジェネレ
ータ内のガスの温度を検出する温度センサと、噴射ノズ
ルのスロート面積の値、前記圧力センサおよび温度セン
サによる各検出値から実ガス流量を算出する演算器と、
前記目標値と演算器の算出値とを比較してその差に相当
する信号を駆動手段として前記流量調整手段に付与する
比較制御手段、を備えた構成としており、上記構成をも
って課題を解決するための手段としている。
【0013】上記構成におけるガスジェネレータ基本制
御手段には、例えば関数発生器が用いられ、ガス発生剤
の特性、燃焼面積、およびノズルスロート面積等の関係
をもとに、時間の経過に応じたガス流量の目標値が設定
してある。また、流量調整手段には、例えば、噴射ノズ
ルのスロート部に延出するピントルと、このピントルの
駆動機構が用いられ、この場合、前記ピントルの位置検
出信号をスロート面積の値として演算器に供給すること
が可能である。
【0014】
【発明の作用】この発明に係わるラムロケット用ガスジ
ェネレータのガス流量制御装置では、、スロート面積を
変化させてガス流量を調整するに際して、スロート面積
の値、ガスジェネレータ内の圧力および温度の値から得
た実ガス流量と、目標値との差に相当する信号を駆動信
号とすることにより、ガス流量をフィードバック制御す
る。
【0015】
【実施例】図1および図2はこの発明の一実施例を説明
する図であって、各図の左側が頭部側であり、右側が尾
部側である。
【0016】ラムロケットRは、図2に示すように、ガ
スジェネレータ1の尾部に燃焼室4を備えるとともに、
側部に、複数のディフューザ14を備えている。また、
ガスジェネレータ1の頭部側には、後述するピントル1
2の駆動機構17が搭載してあり、さらに前記駆動機構
17の頭部側には、飛翔に必要な機器類を搭載するため
のノーズコーン(図示せず)を連結する。
【0017】前記燃焼室4には、固体のブースタ推進薬
30が装填してある。このため、燃焼室4の尾部に設け
たラムジェット用ノズル31の内側には、クランプ32
を用いてロケット用ノズル33が分離可能に組み込んで
あり、さらにロケット用ノズル33の内側には、ブース
タ推進薬30に点火するためのイグナイタ34が取り付
けてある。
【0018】前記ディフューザ14は、当該ラムロケッ
トRの頭部側に開口すると共に、前記燃焼室4の頭部寄
りに連通しており、燃焼室4内への開口部分がボートカ
バー35で閉塞してある。前記ポートカバー35のディ
フューザ14側の面には、火工品35aが取付けてある
。また、前記ディフューザ14の尾部側には、収納部3
6が連設してあって、この収納部36内に、前記火工品
35aを作動させるためのポートカバー解除装置37が
収納してある。
【0019】ガスジェネレータ1は、図1にも示すよう
に、固体のサステーナ推進薬2を装填したタンク3に、
燃焼室4に連通する噴射ノズル5と、当該タンク3の内
部にて前記噴射ノズル5に向けて延出するパイプ状のピ
ントルケース6とを同軸線上に備えている。
【0020】前記タンク3は、本体部分を構成する円筒
部材7の頭部に、中央に前記ピントルケース6の基端を
固定した前部鏡板部材8をねじ結合するとともに、前記
円筒部材7の尾部に、中央に前記噴射ノズル5を形成し
た後部鏡板部材9をねじ結合した構成になっており、ピ
ントルケース6の先端が噴射ノズル5の近傍に達してい
る。このタンク3内には、ピントルケース6の長さ分に
わたって、レストリクタ10を介して前記サステーナ推
進薬2が装填してある。そして、ピントルケース6とレ
ストリクタ10との間に断熱材11を介装することによ
り、前記ピントルケース6内に挿設したピントル12に
対する熱保護性能を高めるようにしてある。
【0021】また、前記後部鏡板部材9には、ガスジェ
ネレータ1内の圧力を検出するための圧力センサ41、
およびガスの温度を検出するための温度センサ42のほ
か、サステーナ推進薬2の点火器(図示せず)などが取
付けてある。前記圧力センサ41および温度センサ42
の各出力信号は、演算器43に入力されるようにしてあ
る。
【0022】なお、圧力センサ41としては、圧電変換
素子への圧力伝達媒体として耐熱性のあるシリコングリ
ス等を用いたものが使用され、温度センサ42としては
、熱電対などが使用される。
【0023】上記のタンク3は、燃焼室4の頭部に開口
する連結部4aに、後部鏡板部材9の尾部をねじ結合し
ている。なお、前記連結部4aの開口部には、離脱可能
あるいは焼尽性を有するカバーを設けることがある。
【0024】前記ピントル12は、ピントルケース6に
挿設した状態において、円錐形の先端部がノズル5の開
口部中央に延出すると共に、おねじ部12aを形成した
基端がタンク3の外側に突出し、基端部近傍には、ピン
トルケース6の内面に摺接するシールリング15が装着
してある。また、前記ピントルケース6の先端には、ガ
イドリング16が固定してあって、このガイドリング1
6は、ピントル12をその軸線が噴射ノズル5の軸線と
一致する状態に保ち、且つピントルケース6とピントル
12との間に可燃性ガスが入り込むのを防止する。上記
ピントル12の基端側には、当該ピントル12を軸方向
に往復動させるための駆動機構17が連結してある。
【0025】上記駆動機構17は、ボールねじ18およ
びサーボモータ19をピントル12の同軸線上に配設し
た構成を有するものであって、前部鏡板部材8に固定し
た第1ブラケット21に、軸受20等を介して前記ボー
ルねじ18のスクリューシャフト18aを取り付けると
共に、前記第1ブラケット21に固定した第2ブラケッ
ト22に、前記サーボモータ19を固定し、スクリュー
シャフト18aとサーボモータ19の出力軸19aとを
継手23で連結している。前記ボールねじ18のナット
部18bは、ナットホルダ24に取り付けてある。そし
て、前記ナットホルダ24に貫通させたピントル12の
おねじ部12aにナット25を螺着することにより、前
記ナットホルダ24とピントル12とを連結する。これ
により、上記駆動機構17は、ボールねじ18を介して
、サーボモータ19の回転運動をナットホルダ24の直
線運動に変換し、ピントル12を軸方向に往復動させる
。
【0026】また、前記第1ブラケット21には、ピン
トル12の変位を検出するために、入力軸26aをナッ
トホルダ24に固定したポテンショメータ26が取付け
てある。このポテンショメータ26の出力信号は、ピン
トル12の変位により決定されるスロート面積の値に対
応させるために用いられ、前記演算器43に入力される
。そして、この実施例では、ピントル12と前述した駆
動機構17とにより、噴射ノズル5のスロート面積を変
化させてガス流量を調整する流量調整手段44を構成し
ている。ここで、前記駆動機構17がタンク3よりも前
方側にあるのは、ガスジェネレータ1の発生ガスによる
熱影響を極力なくし、その操作性能を維持させるためで
ある。
【0027】前記演算器43は、前述の圧力センサ41
による圧力検出値Pc、温度センサ42による温度検出
値Tc、およびポテンショメータ26の信号に基づくス
ロート面積の値Atを用いて、次式により実ガス流量M
fを算出する。
【0028】
【数式】
【0029】
【0030】なお、Rはガス常数であり、γは比熱比で
ある。
【0031】上記の実ガス流量(Mf)は、比較制御手
段としてのサーボアンプ45に入力され、ジェネレータ
基本制御手段としての関数発生器46からの目標値と比
較される。この目標値は、サステーナ推進薬2の燃焼速
度〜燃焼圧力特性、および燃焼圧力〜燃焼面積/ノズル
スロート面積の関係をもとに、時間の経過に応じたガス
流量として予め設定されたものである。また、前記サー
ボアンプ45は、実ガス流量と目標値とを比較してその
差に相当する信号を駆動信号として、流量調整手段44
におけるサーボモータ19に付与する。
【0032】上記のガスジェネレータ1を備えたラムロ
ケットRは、イグナイタ34でブースタ推進薬30に点
火を行うと、前記イグナイタ34を吹き飛ばして発進・
加速し、ブースト飛翔の終了とともに所定の速度に達し
たところで、クランプ32の解除でロケット用ノズル3
3を離脱させるとともに、ポートカバー解除装置37に
よる火工品35の作動で、ポートカバー35を破砕して
、ディフューザ14と燃焼室4とを連通状態(図1の状
態)にし、さらにサステーナ推進薬2に点火する。
【0033】そして、前記サステーナ推進薬2の燃焼で
生じた可燃性ガスと、ディフューザ14から導入した外
気を、燃焼室4で混合して連続的に燃焼させることにな
るが、このとき、当該ガス流量制御装置は、ノズルスロ
ート面積の値、ガスジェネレータ1内の圧力および温度
の各検出値に基づいて算出した実ガス流量と、関数発生
器46からの目標値とを比較し、その差に相当する信号
を駆動信号としてサーボモータ19を駆動し、ボールね
じ18およびナットホルダ24を介してピントル12を
軸方向へ移動させることにより、噴射ノズル5のスロー
ト部の開口面積を変化させて可燃性ガスの流量を調整す
る。
【0034】このようなガス流量のフィードバック制御
により、ラムロケットRは、燃焼室4における燃焼およ
びこれに伴う推力がコントロールされながら飛翔し続け
る。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明のラムロケット
用ガスジェネレータのガス流量制御装置によれば、実際
のガス流量を検出してフィードバック制御するようにし
たから、例えばガス発生剤の特性にばらつきがあったと
しても、制御誤差が小さくなり、ガス流量制御の精度を
著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に基づくガス流量制御装置をラムロケ
ットの要部断面とともに示す説明図である。
【図2】ラムロケット全体を説明する断面図である。
【図3】従来のガス流量制御装置を説明する断面図であ
る。
【符号の説明】
R  ラムロケット 1  ガスジェネレータ 5  噴射ノズル 12  ピントル 14  ディフューザ 17  駆動機構 41  圧力センサ 42  温度センサ 43  演算器 44(12,17)  流量調整手段 45  サーボアンプ(比較制御手段)46  関数発
生器(ジェネレータ基本制御手段)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ガスジェネレータの噴射ノズルから噴
    射した可燃性ガスとディフューザから導入した外気とを
    混合して燃焼させるに際して、前記噴射ノズルのガス流
    量を調整する装置において、予め設定されたガス流量の
    目標値を出力するジェネレータ基本制御手段と、噴射ノ
    ズルのスロート面積を変化させてガス流量を調整する流
    量調整手段と、ガスジェネレータの内圧を検出する圧力
    センサと、ガスジェネレータ内のガスの温度を検出する
    温度センサと、噴射ノズルのスロート面積の値、前記圧
    力センサおよび温度センサによる各検出値から実ガス流
    量を算出する演算器と、前記目標値と演算器の算出値と
    を比較してその差に相当する信号を駆動信号として前記
    流量調整手段に付与する比較制御手段、を備えたことを
    特徴とするラムロケット用ガスジェネレータのガス流量
    制御手段。
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